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JVM 中的内存区域划分
JVM 的类加载机制
1. 加载
2. 验证
3. 准备
4. 解析
5. 初始化
JVM 中的垃圾回收策略
找，确认垃圾
1. 引用计数
2. 可达行分析
释放”垃圾“对象
1. 标记清除
2. 复制算法
3. 标记整理
分代算法
JVM也就是我们俗称的八股文，作为一个普通的程序员工作中是基本不可能用到的；因为它设计的初衷就是为了让程序员能够比较简单的，感知不到系统层面的一些内容（很多时候，程序员只关注业务逻辑，不需要关注底层实现细节）。
数年前开始，JVM成为了Java程序猿必考的内容。
JVM里的内容非常多，大部分内容咱叶看不懂，JVM本来是写给C/C++ 程序员看的，它的底层实现都是 C/C++ 的代码，研究JVM 的也都是那一批人。
我们这里针对JVM的面试题，作出以下一些讨论。
本篇主要在于以下三点：
- JVM 中的内存区域划分
- JVM 的类加载机制
- JVM 中的垃圾回收策略
本章比的不是你了解多少，比的是你能背下来多少
JVM 中的内存区域划分
JVM 其实是一个 Java 进程， Java 进程 会从操作系统中申请一大块内存区域，给 java代码使用
而这一大块内存区域，就有我们之前 SE 阶段提到的：栈区、堆区、方法区（新版的也叫 元数据区）。
内存区域划分最最核心的部分：
- 堆区： new 出来的对象（成员变量）
- 栈区： 维护方法之间的调用关系（局部变量）
- 方法区/元数据区： 放的是类加载之后的类对象（静态变量）
一般这里的考点就是 给你一段代码，问你某个变量在哪个区。
我们主要就是看这个变量是个什么变量（局部变量，成员变量【注意被 final 修饰过的局部变量】，静态变量）
这里简单举个例子：
void func() {
Test t = new Test();
}
这里的 t 对象是个引用类型，t是个局部变量，所以是在栈上的的，而 new Test（），这个对象本体是在堆上的。至于func() 这个方法是存在方法区的，方法在内存中都是以二进制的方式存储的。
我们来看一张更细节的图：
我们在SE 阶段认识的在做细分 。
其中将栈区分为 本地方法栈 和 虚拟机栈 。
这两个栈也很好区分：
- 虚拟机栈，是给 Java 代码使用的
- 本地方法栈，是个JVM 内部的本地方法使用的，我们说 JVM 源码都是 C++ 实现的（可以简单理解为是给 C++ 使用的）
程序计数器
这个程序计数器是用来记录当前程序指令到了哪一个指令了。
上述的 堆区 和 元数据区 在一个 JVM 进程中只有一份。
而栈（本地方法栈和 虚拟机栈）和 程序计数器 是存在多份的，每一个 线程 都存在一份
JVM 的类加载机制
类加载其实就是 把 .class 文件，加载到内存中，得到 类对象 这个过程。
咱们 祖师爷（冯诺依曼）提出：程序运行，就需要把依赖的"指令和数据" 加载到内存中。
这个类加载的过程非常复杂（一般不需要我们理解）
在 《深入理解 Java虚拟机（第三版）》这本书中，将类加载总结成了 5 个词 （必备）
类加载的声明周期如下：
1. 加载
加载其实就是找到 .class 文件，并且读取文件内容
这里涉及到一个非常经典的考点，双亲委派模型，这个等到类加载的最后来讲；
2. 验证
.class 文件有明确的数据格式（二进制的）
源码中 都有一个 ClassFile 来体现一个类有哪些信息
3. 准备
给类对象 分配内存空间（这里还没有走到 初始化阶段，所以这里的内存空间都是全 0 的）
准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段。
比如此时有这样一行代码：
public static int value = 123;
它是初始化 value 的 int 值为 0，而非 123。
4. 解析
解析阶段是 Java 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，也就是初始化常量的过程
这里涉及到 将 符号引用 替换为 直接引用 的过程
我们先来说说符号引用
符号引用就是 字符串常量，我们在 验证 阶段不是加载好了 .class 文件嘛，.class 文件存在了 字符串常量，我们这里就能直到它的相对位置（偏移量），但是并不知道它的实际位置。
这个时候的字符串常量就是 符号引用。
直接引用
当真正加载到内存中，就会把字符串常量填充到内存中的特定地址上；
字符串常量之间的相对位置还是一样的，但是这些字符串有了自己真正的内存地址，此时的字符串就是直接引用。
5. 初始化
其实 4 和 5 可以并做一步，但是人家作者规定了 将其分为两步。
解析是初始化了 字符串常量，而这一步是 初始化 对象【除字符串常量部分】（初始化静态成员，执行静态代码块、如果类存在父类，还需要加载父类）
ok，到这里 上述 五步 也就讲完了。
类加载这个步骤，啥时候会触发呢？
并非 jvm 一启动，就会把所有的 .class 都加载了，整体采纳了 （懒汉设计模式）的策略，非必要不加载。
啥叫必要
- 创建了这个类的实例
- 使用了这个类的静态 方法/属性
- 使用了这个类的子类
总之就是与这个类相关的类、属性、方法、实例化对象...
这里还有一个最关键的考点：双亲委派模型
这个模型所做的就是 加载这个步骤中，找一个 .class 文件这个过程
事实上，这个模型并非是类加载中一个很重要的步骤，但是是个非常重要的考点
JVM 中，加载类，需要用到一组特殊的模块：类加载器
在 JVM 中，内置了三个类加载器
BootStrap ClassLoader 负责加载 Java标准库中的类
Extension ClassLoader 负责加载一些非标准的类，但是 是sun/Oracle 扩展的库的类
Application ClassLoader 负责加载项目中自己写的类，以及第三方库 中的类
当具体加载一个类的时候，其过程如下：
双亲？上面明明就一个 null ，哪里来的双亲？
这个就是个翻译问题，parent 表示双亲中的一个，我们翻译为双亲罢了。
这个双亲委派模型也是可以打破的，自己实现的类加载器，是否遵守上述规则，看个人设计。
JVM 中的垃圾回收策略
垃圾回收机制 也可以叫 GC 回收机制
这个可以帮助程序员自动释放内存
在 C语言中，malloc 需要手动 free，否则就会出现内存泄漏（光申请，不释放，内存用完了，程序也就完了）
Java 等后继编程语言，都采用了 GC 来解决上述问题，能够有限减少内存泄漏出现的概率。
内存的泄露是个比较纠结的问题：
申请的时机是明确的 => 使用到了必须申请；
释放的时机是模糊的 => 彻底不使用了才能释放
啥叫彻底不使用了：没有引用指向它
JVM 中的内存有好几个区，我们要释放的就是 堆 （new 出来的）
我们也来随手聊聊其他区的释放：
- 程序计数器，就是个单纯存地址的整数，不要了就直接随着线程一起销毁。
- 栈，也是随着线程一起销毁的，方法调用完毕，方法的局部变量自然随着出栈的操作销毁了。
- 元数据区/方法区，村的类对象，很少会“卸载”。
- 堆，是GC的主要目标，GC也是以对象为单位进行释放的（说是释放内存，本质就是释放对象）
GC 中主要分为两个阶段：
- 找，谁是垃圾
- 释放，将垃圾对象释放掉
上述两个阶段，主要是了解清楚垃圾回收的算法，这些算法 并不代表 JVM真实的实现方法，现在的JVM 在这些基本算法之上又做出了很多细节的调整和优化。
找，确认垃圾
什么是垃圾，后续不会再使用到的，就是垃圾，Java中使用一个对象，只能通过引用，如果一个对象没了引用就可以确定它是垃圾了。
Java中只是单纯的通过引用没有指向这个操作，来判定垃圾。
单纯的通过引用可能会照成 垃圾释放不及时，但这都是小事；就怕释放太快，将还有引用的对象释放掉，这是大事。
具体来说说，Java怎么样直到一个对象是否还有引用呢？
1. 引用计数
给对象安排一个而外的的空间，保存一个整数，表示该对象有几个引用
（事实上，Java并没有采用这个方案，反倒是 python和PHP采用了）
借助图片来看看：
随着引用的增加，计数器就增加，引用的销毁计数器就销毁。
当，计数器为0，就认为没有了引用，于是就是垃圾了
每个计数器都开辟一个空间， 上述之开辟一个空间，是因为都是同一类型 Test，我要是有其他类型，例如Cat 那么还需要开辟一个空间。
因此，这种方法会出现两个问题：
- 对象类型过多，那么就会非常浪费空间
- 存在循环引用的情况，那么就会导致引用计数的判定的逻辑出错
假设，由上述这个栗子，此时，a 和 b 销毁了，这个时候，两个对象的引用计数各自减 1 :
此时，这两个引用计数还在相互引用，并不是 0 ，所以不能作为垃圾，但是这个两个对象都不可以再使用 。
2. 可达行分析
可达行分析将对象之间的引用关系，理解成了一棵树形结构，从一些特殊的起点出发，进行遍历，只要能遍历访问到的对象，就是“可达的“，其余”不可达“ 的就作为垃圾处理掉。
此时，通过 root 这个引用，就可以访问到整个树的任意结点，通过上述方式，root就能引用到所有结点。
如果这里的 e 突然为 null ，g是否就是不可达呢？
不对，既是e 为 null 了，还会存在其他指向指向g，g 任然是可达的。
可达性分析关键要点，进行上述遍历，需要有”起点“
- 栈上的局部变量（每个栈的每个局部变量，都是起点）
- 常量池中的引用的对象
- 方法区中，静态成员引用的对象
可达性分析，总的来说，就是从所有的 gcroots 的起点触发，看看该对象里又通过引用能访问哪些对象，顺腾摸瓜，把所有可以访问的对象都遍历一遍（遍历的同时把对象标记成为”可达“）
可达性分析，克服了引用计数的两个缺点，但是它也存在自身的问题
- 这个树有高度，搜易搜索会消耗更多的时间，因此某个对象成为垃圾，不一定能够第一时间发现，扫描会消耗时间
- 再进行可达性分析的时候，要顺着树进行搜索，一旦这个过程中，当前代码出现了变化，就更复杂了
因此，为了更准确的完成这个 扫描过程，还需要其他业务暂停工作（STW问题）
所谓的 STW 也就是 stop the world ； 这个是可达性分析最最被诟病的问题，Java发展了这么多年，垃圾回收这个也在不断的更新优化，STW 这个问题，现在以及能够比较好的应对了，但是并不能完全消除，已经可以让 STW 的时间大大缩短了。
上述已经解决了理论的找垃圾了，接下来就是释放垃圾
释放”垃圾“对象
三种典型的 策略
1. 标记清除
"标记-清除"算法是最基础的收集算法。算法分为"标记"和"清除"两个阶段 : 首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象：
如图所示， 画了勾的就是我们需要释放的；
我们这块空间很难被重复利用，我们申请的”整块的连续的空间“现在这里空闲的空间都是离散的，有自己独立的空间。
总的空闲的空间 可能超过 1个 G，但是你想申请 500M 都不一定能够申请到（因为他们都是散的）。
"标记-清除"算法的不足主要有两个 :
- 效率问题 : 标记和清除这两个过程的效率都不高
- 空间问题 : 标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行中需要分配较大对象时，无法找到足够连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集
2. 复制算法
我们把整个内存空间，分为两段，一次只使用一半：
还是一样，花了勾的属于垃圾；
我们将不属于垃圾的复制到另一半空间中去，剩下的全部释放掉：
复制算法虽然解决了内存碎片的问题，但是也存在相关的缺点：
- 内存利用率低
- 如果当前的对象大部分都是要保留的，垃圾很少，此时复制成本很高
3. 标记整理
类似于顺序表删除中间的元素：
我们将 有效元素往前搬
随后将搬运处的空间释放
该算法虽然解决了内存碎片问题，但还存在一些问题：
- 搬运的开销比较大
事实上， JVM 的实现思路，是上述集中的结合，针对不同情况下取长补短：
分代算法
基本思想：给每个对象设置”年龄“ ，这个概念，描述对象存在多久了，如果是一个对象刚刚诞生，认为是 0 岁，经过每一轮扫描（可达性分析），没被标记成垃圾，就长大一岁
通过描述年龄来表示对象存活时间
算法执行步骤：
- 1. 新创建的对象，放到伊甸区，当垃圾回收扫描到伊甸区之后，绝大部分对象都会在第一轮 GC 中被干掉
- 如果伊甸区的对象，熬过第一轮，通过复制算法，拷贝到生存区，生存去分为两半，一次只是用一半，垃圾回收扫描伊甸区的对象，也是发现垃圾就淘汰，不是垃圾就复制到另一半
- 当这个对象熬过多轮，年龄增长到一定程度，通过复制算法拷贝到老年代
- 进入老年代，年龄都挺大了，再消亡的概率小于前面的新生代，针对老年代的 gc 扫描概率小很多，如果发现老年代某个对象是垃圾，使用标记整理的方式清楚
- 特殊情况：某个对象很大，直接存放到老年代，因为这个对象搬运起来的开销很大，不适合多次搬运
这些都只是基本思想，具体的实现再这些基础之上，还做出了很多改进和优化；
Java的版本在变，垃圾回收器也会不断变化。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-558216.html
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